專利名稱：交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器(interleaver)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用的無(wú)源器件，用于將DWDM的多波長(zhǎng)光信號(hào)按照交叉波長(zhǎng)分離的方式復(fù)用或解復(fù)用，以擴(kuò)展DWDM波長(zhǎng)信道間隔，降低波長(zhǎng)復(fù)用難度。
基于DWDM的全光通信網(wǎng)絡(luò)將成為現(xiàn)代信息社會(huì)的重要基石，是滿足Internet網(wǎng)絡(luò)容量每六個(gè)月翻一番的發(fā)展速度的唯一技術(shù)途徑。DWDM器件是實(shí)現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵之一。隨著波長(zhǎng)復(fù)用密度的增加，相臨波長(zhǎng)間隔不斷減小，給器件制造工藝帶來(lái)相當(dāng)?shù)碾y度。人們?yōu)榇颂岢霾煌慕鉀Q方案。利用法布里-白洛濾光片構(gòu)成波分復(fù)用器的在先技術(shù)見(jiàn)于Jayaraman等人于1998和2000年提出的專利“法布里-白洛濾光片陣列波分復(fù)用器(美國(guó)專利6,122,417；美國(guó)專利5,835,517)”以及Halbout，等人提出的專利“用于無(wú)源選擇復(fù)合光波波長(zhǎng)的光解復(fù)用器(美國(guó)專利5,408,319)”。前者利用陣列自聚焦透鏡與陣列法布里-白洛濾光片組合進(jìn)行波分復(fù)用，通過(guò)調(diào)節(jié)法布里-白洛諧振腔的腔長(zhǎng)來(lái)選擇濾光波長(zhǎng)；后者是在法布里-白洛諧振腔的兩個(gè)腔面之間放置一塊硅片，并通過(guò)電加熱的方法調(diào)節(jié)濾波波長(zhǎng)。這些專利的一個(gè)共同特征是采用傳統(tǒng)的分立法布里-白洛腔鏡結(jié)構(gòu)，因此器件穩(wěn)定性難以保證，需要對(duì)濾波中心波長(zhǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這限制了在實(shí)際器件中的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定性好的波分復(fù)用器件，采用固體腔法布里-白洛梳狀濾波技術(shù)，通過(guò)分離交叉波長(zhǎng)，使高密度的波長(zhǎng)間隔分離成為低密度的波長(zhǎng)間隔；同時(shí)，該器件便于級(jí)聯(lián)，使DWDM最終信道間隔和通道寬度的要求能夠降低。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的交叉波分復(fù)用器(Interleaver)，由光纖準(zhǔn)直耦合器和梳狀光濾波器組成，包含兩個(gè)通道，第一通道的輸入雙光纖插針包括入射光纖和反射光纖，光纖端面置于準(zhǔn)直耦合透鏡的焦平面上，然后依次光路聯(lián)接梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針；第一通道輸入雙光纖插針的反射光纖接入第二通道的輸入光纖插針，然后依次光路聯(lián)結(jié)第二通道的準(zhǔn)直耦合透鏡、梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針，第一通道雙光纖插針的入射光纖與兩個(gè)通道的輸出光纖構(gòu)成一個(gè)三端口器件。
所述兩個(gè)通道的梳狀光濾波器由固體腔法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成，第二通道梳狀光濾波器的各中心透射波長(zhǎng)相對(duì)于第一通道梳狀光濾波器有一個(gè)信道波長(zhǎng)間隔的位移。法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具是通過(guò)在一塊光學(xué)材料平板的兩個(gè)表面鍍制介質(zhì)反射膜并形成法布里-白洛腔所構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)DWDM所需要的近似矩形光濾波通帶，所述兩個(gè)通道的梳狀光濾波器由2～5個(gè)同樣中心波長(zhǎng)的法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行光學(xué)膠合。
以所述三端口器件作為單級(jí)交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用單元，可以級(jí)聯(lián)構(gòu)成多級(jí)交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器件，即第一級(jí)三端口器件的兩個(gè)輸出通道分別與兩個(gè)第二級(jí)三端口器件光路聯(lián)接，構(gòu)成五端口器件；依次類推，可以構(gòu)成更多級(jí)別的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器件。
本發(fā)明的主要特色在于(一)采用固體腔結(jié)構(gòu)的法布里-白洛梳狀濾波器，中心波長(zhǎng)由固體腔光學(xué)材料的固定腔長(zhǎng)來(lái)保證，無(wú)須調(diào)節(jié)，因此性能穩(wěn)定、能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)源工作；(二)提出的固體腔法布里-白洛梳狀濾波結(jié)構(gòu)便于多個(gè)濾波器的級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)DWDM器件所需要的近似矩形的濾波通帶；(三)采用中心透射波長(zhǎng)交錯(cuò)的兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)DWDM光信號(hào)的交叉波長(zhǎng)分離，使兩個(gè)通道的隔離比同時(shí)得到保障；(四)通過(guò)發(fā)明器件的級(jí)聯(lián)，使DWDM最終信道間隔和通帶寬度的要求得以降低。


圖1表示本發(fā)明三端口器件的結(jié)構(gòu)，圖2表示由單級(jí)三端口器件級(jí)聯(lián)構(gòu)成的五端口器件，圖3表示固定腔法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)，
圖4為多個(gè)法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具膠合構(gòu)成的多腔濾光片，圖5表示本發(fā)明器件兩個(gè)通道輸出信號(hào)光譜。
圖1所示的單級(jí)Interleaver單元結(jié)構(gòu)，含兩個(gè)通道，第一通道雙光纖插針13的光纖11與耦合透鏡14光路相聯(lián)接，然后依次聯(lián)接梳狀光濾波器15、耦合透鏡16以及光纖插針17；光纖插針13的反射光纖12接入第二通道的光纖插針23，再與耦合透鏡24相聯(lián)接，然后依次聯(lián)接梳狀光濾波器25、耦合透鏡26以及光纖插針27，構(gòu)成一個(gè)三端口器件。由光纖插針13的光纖11輸入的DWDM多波長(zhǎng)光信號(hào)(λ1～λm)，經(jīng)耦合透鏡14準(zhǔn)直并入射梳狀光濾波器15，奇數(shù)波長(zhǎng)信道(λ1、λ3、λ5....)的光信號(hào)透過(guò)梳狀光濾波器15，經(jīng)耦合透鏡16聚焦進(jìn)入光纖插針17，由光纖18輸出(通道1)；偶數(shù)波長(zhǎng)信道(λ2、λ4、λ6....)的光信號(hào)經(jīng)梳狀光濾波器15反射，經(jīng)耦合透鏡14、光纖插針13的反射光纖12以及耦合透鏡24入射梳狀光濾波器25，梳狀濾波器25的各中心透射波長(zhǎng)相對(duì)于梳狀濾波器15移動(dòng)一個(gè)信道波長(zhǎng)間隔，因此偶數(shù)波長(zhǎng)信道(λ2、λ4、λ6…)的光信號(hào)將透過(guò)梳狀光濾波器25，經(jīng)耦合透鏡26聚焦進(jìn)入光纖插針27，由光纖28輸出(通道2)。這樣就實(shí)現(xiàn)了奇數(shù)波長(zhǎng)信道(通道1)和偶數(shù)波長(zhǎng)信道(通道2)的分離。兩通道的輸出波長(zhǎng)信道間隔與輸入DWDM波長(zhǎng)間隔相比，增加一倍。
圖2示出一個(gè)多級(jí)Interleaver器件結(jié)構(gòu)，它由多個(gè)如圖1所示的Interleaver單元級(jí)聯(lián)而成，即第一級(jí)Interleaver(1)的兩個(gè)輸出通道(2、3)分別聯(lián)結(jié)第二級(jí)Interleaver(4、5)，則第二級(jí)Interleaver的四個(gè)輸出通道(6、7、8、9)的輸出波長(zhǎng)信道間隔與輸入DWDM波長(zhǎng)間隔相比，將增大四倍。例如將50GHz分離成為100GHz，再將100GHz分離成為200GHz。由于目前200GHz波長(zhǎng)間隔的光濾波器已經(jīng)商用化，這樣就可以應(yīng)用目前成熟的DWDM器件實(shí)現(xiàn)高密度的波長(zhǎng)復(fù)用。依次類推，可以構(gòu)成更多級(jí)別的Interleaver器件。
上述Interleaver中所述梳狀光濾波器由一種固體腔法布里-白珞(法布里-白洛)濾波器構(gòu)成。如圖3所示，在一塊精密加工的光學(xué)材料平板(31)的兩個(gè)表面上鍍制反射膜(32、33)，形成一個(gè)法布里-白洛腔，通過(guò)精密光學(xué)加工使光學(xué)平板的厚度(即法布里-白洛腔的腔長(zhǎng))滿足使濾光片的自由光譜區(qū)等于DWDM信道波長(zhǎng)間隔的2倍的條件，即可實(shí)現(xiàn)所需要的梳狀光濾波。光學(xué)平板的厚度d由下述公式?jīng)Q定d=mλ02ncosθ;m=λ02δλ-1]]>式中，n為材料折射率，θ為光入射角，m為法布里-白洛腔干涉級(jí)次，λ0為中心波長(zhǎng)δλ為DWDM信道間隔。設(shè)計(jì)舉例δλ=0.8nm，n=1.47，λ0=1550 nm，θ=0，計(jì)算得出d=510.21μm。
為了實(shí)現(xiàn)DWDM器件所需要的近似矩形光濾波通帶，可按照?qǐng)D4所示的結(jié)構(gòu)以多個(gè)法布里-白洛濾光片(A、B、C、D…)進(jìn)行光學(xué)膠合，構(gòu)成多腔濾光片。
圖5示出一個(gè)利用本發(fā)明設(shè)計(jì)的Interleaver的兩個(gè)通道輸出信號(hào)光譜，該器件采用了四腔結(jié)構(gòu)的法布里-白洛梳狀濾波器作為分波元件。圖中實(shí)線代表通道1的輸出通帶光譜，DWDM的復(fù)合波長(zhǎng)信道中心波長(zhǎng)分別處于與曲線的峰值與谷值，處于峰值波長(zhǎng)的光信號(hào)被透射(λ1、λ3、λ5....)，處于谷值波長(zhǎng)的光信號(hào)被反射(λ2、λ4、λ6....)。虛線代表通道2的輸出通帶光譜，其通帶中心波長(zhǎng)相對(duì)于通帶1有一個(gè)信道波長(zhǎng)間隔的位移，則通帶1反射的光信號(hào)(λ2、λ4、λ6....)被透射，同時(shí)，通道1串入通道2光信號(hào)(λ1、λ3、λ5....)被反射，這樣就保證了較高的光信號(hào)隔離度。
權(quán)利要求
1．一種交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器，由光纖準(zhǔn)直耦合器和梳狀光濾波器組成，其特征在于(1)所述的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器由兩個(gè)通道構(gòu)成，第一通道的輸入雙光纖插針包括入射光纖和反射光纖，光纖端面置于準(zhǔn)直耦合透鏡的焦平面上，然后依次光路聯(lián)接梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針；第一通道輸入雙光纖插針的反射光纖接入第二通道的輸入光纖插針，然后依次光路聯(lián)結(jié)第二通道的準(zhǔn)直耦合透鏡、梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針，第一通道雙光纖插針的入射光纖與兩個(gè)通道的輸出光纖構(gòu)成一個(gè)三端口器件，(2)所述兩個(gè)通道的梳狀光濾波器由固體腔法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成，第二通道梳狀光濾波器的各中心透射波長(zhǎng)相對(duì)于第一通道梳狀光濾波器有一個(gè)信道波長(zhǎng)間隔的位移。
2．如權(quán)利要求1所述的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器，其特征在于所述兩個(gè)通道的梳狀光濾波器的法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具是通過(guò)在一塊光學(xué)材料平板的兩個(gè)表面鍍制介質(zhì)反射膜并形成法布里-白洛腔所構(gòu)成，光學(xué)平板的厚度d由下述公式?jīng)Q定d=mλ02ncosθ;m=λ02δλ-1]]>式中，n為光學(xué)材料折射率，θ為光入射角，m為法布里-白洛腔干涉級(jí)次，λ0為中心波長(zhǎng)，δλ為DWDM信道間隔。
3．如權(quán)利要求2所述的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器，其特征在于所述兩個(gè)通道的梳狀光濾波器由2～5個(gè)同樣中心波長(zhǎng)的法布里-白洛標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行光學(xué)膠合，實(shí)現(xiàn)DWDM所需要的近似矩形光濾波通帶。
4．如權(quán)利要求1、2或3所述的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器，其特征在于以所述三端口器件作為單級(jí)交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用單元，可以級(jí)聯(lián)構(gòu)成多級(jí)交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器件，即第一級(jí)三端口器件的兩個(gè)輸出通道分別與兩個(gè)第二級(jí)三端口器件光路聯(lián)接，構(gòu)成五端口器件；依此類推，可以構(gòu)成更多級(jí)別的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器件。
全文摘要
本發(fā)明的交叉波長(zhǎng)波分復(fù)用器(Interleaver),由光纖準(zhǔn)直耦合器和固體腔法布里－白洛梳狀光濾波器組成,利用梳狀光濾波器固定間隔的分立波長(zhǎng)選擇透射和反射功能分離交叉波長(zhǎng),使奇數(shù)信道(λ
文檔編號(hào)H04B10/12GK1299200SQ0013119
公開(kāi)日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者劉德明, 胡必春, 柯昌劍, 黃德修 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)